جوش لیزری آلومینیوم؛ بررسی ویژگی‌ها، خصوصیات و نکات کلیدی

لیزر فایبر برای جوشکاری یکی از روش‌های پیشرفته و دقیق در حوزه فلزکاری است که بخصوص در صنایع فلزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. فلز آلومینیوم یکی از فلزات غیر آهنی یا رنگی است که به صورت آلیاژهای مختلف عرضه می‌شود. این فلز دارای ویژگی‌های خاصی مثل انعطاف پذیری، جوش لیزری، چگالی پایین، استحکام بالا، هدایت الکتریکی و حرارتی مطلوب و … است.

تا مدت‌ها پس از استفاده از این فلز، جوش لیزری آلومینیوم یک روش غیر ممکن به نظر می‌رسید؛ اما امروزه جوش لیزری فلز آلومینیوم یکی از کاربردی‌ترین روش‌های جوشکاری در صنایع مختلف مثل خودروسازی، الکترونیک و هوافضا است.

در این مقاله از شرکت روتک قصد داریم تا شما را با مفهوم جوش لیزری آلومینیوم، فرایند و مزایا و معایب آن آشنا کنیم. همچنین، روش‌ها، تکنیک‌ها و نکات مهم مربوط به جوش لیزری فلز آلومینیوم را بررسی و مورد بحث قرار دهیم؛ بنابراین اگر به این موضوع علاقه دارید تا انتها همراه ما باشید.

معرفی روش‌های جوشکاری آلومینیوم

در ادامه به بررسی روش‌های مختلف جوشکاری آلومینیوم می‌پردازیم:

جوش لیزری آلومینیوم

در بخش‌های بعدی به بررسی دقیق این روش می‌پردازیم؛ به طور کلی جوش لیزری برای جوشکاری آلیاژهایی مناسب است که در برابر خوردگی مقاومت کمی دارند.

جوشکاری آلومینیوم با قوس الکتریکی و الکترود ثابت  یا روش جوشکاری TIG

در این فرایند، یک قوس الکتریکی بین الکترودی از جنس تنگستن و قطعه ایجاد می‌شود و هم‌زمان با این کار گاز خنثی مثل گاز آرگون قوس را احاطه و از اکسیداسیون الکترود جلوگیری می‌کند؛ در این روش از یک فلز پرکننده نیز استفاده می‌شود.

جریان مورد استفاده در این روش برخلاف روش جوشکاری ورقه‌های فولادی به صورت جریان متناوب یا جریان AC است. این روش برای جوشکاری قطعات آلومینیومی با ضخامت بین 1 تا 6 میلی‌متر کاربردی است.

روش جوشکاری قوسی با الکترودهای مصرفی یا روش جوشکاری MIG

یکی دیگر از روش‌های پرکاربرد در صنعت جوشکاری آلومینیوم، جوشکاری میگ است. در این روش که به جوشکاری نیمه اتوماتیک هم معروف است، از یک سیم الکترود و یک فلز پرکننده برای جوشکاری استفاده می‌شود. در این روش سیم جوش دور یک حلقه پیچانده و سر دیگر آن به تفنگ جوشکاری وارد می‌شود تا در نهایت اتصال قوس با قطبیت معکوس صورت بگیرد. این روش برای جوشکاری آلومینیوم با ضخامت‌های بیش از 4 میلی‌متر یا ضخامت‌های 1 میلی‌متر به صورت جریان پالسی کاربرد دارد و از روش TIG سریع‌تر است.

جوشکاری به روش پرتو الکترونی

این روش که شباهت زیادی با جوش لیزری آلومینیوم دارد، در خلاء صورت می‌گیرد و هیچ نیازی به استفاده از گاز محافظ ندارد. از روش پرتو الکترونی برای آلیاژهای آلومینیومی استفاده می‌شود که ضخامت زیادی دارند.

جوش اصطکاکی آلومینیوم

یکی از بهترین روش‌های جوشکاری آلومینیوم برای پیشگیری از آسیب رسیدن به قطعات آلومینیومی، روش جوش اصطکاکی است که به سه صورت جوشکاری اغتشاشی، جوشکاری دورانی و جوشکاری چرخشی انجام می‌شود.

در این روش که مثل روش پرتو الکترونی به گاز محافظ احتیاجی ندارد، ذوب شدن صورت نمی‌گیرد و براساس اصطکاکی که بین دو قطعه وجود دارد، جوشکاری صورت می‌گیرد.

جوش لیزری آلومینیوم چیست؟

فلز آلومینیوم یکی از فلزات پرکاربرد و ارزشمند در صنعت جوشکاری است که ویژگی‌ها مهم و نقش موثری در این عرصه دارد؛ از این جهت آشنایی بیشتر با جوش لیزری آلومینیوم می‌تواند نقش مهمی در بهتر شدن فرایند جوشکاری و افزایش کیفیت کار جوشکاری ارائه کند.

فلز آلومینیوم با قرار گیری در برابر حرارت قادر است تا اکسید آلومینیوم ایجاد کند؛ این اکسید مقاومت بالایی در برابر سیالات دارد و نقش یک لایه حفاظتی را در برابر نفوذ دارد. همچنین بهترین دما برای ذوب و جوشکاری فلز آلومینیوم دمایی حدود 650 درجه سانتی گراد و درجه ذوب اکسید آلومینیوم حدود 2000 درجه سانتی گراد خواهد بود. با دانستن این موارد بهتر است به بررسی جوش لیزری آلومینیوم بپردازیم.

جوش لیزری آلومینیوم یک فرایند جوشکاری پیشرفته است که با استفاده از قدرت و توان پرتو لیزر، امکان ایجاد اتصالات دقیق و با کیفیت بالا بین قطعات فلزی آلومینیوم را فراهم می‌کند. در این فرایند، پرتو لیزری به صورت پرتو نوری به نقطه جوش اعمال شده و باعث ذوب شدن ناحیه مورد نظر و ایجاد اتصال محکم بین قطعات می‌شود.

روش‌های جوش لیزری آلومینیوم

در ادامه به بررسی روش‌های جوش لیزری آلومینیوم می‌پردازیم:

جوشکاری با جوش CO2 یا کربن دی اکسید

این روش که شباهت زیادی با روش MIG دارد، برای حفظ منطقه جوش از گاز کربن دی اکسید که یک گاز فعال است و اتصال قطعات مختلف استفاده می‌شود. جوشکاری CO2 چیست

روش فایبر

در این روش، پرتو لیزر از طریق یک فیبر نوری به منطقه مدنظر منتقل می‌شوند. در این روش لیزرهای فایبر برای برش و جوشکاری فلزات نازک (چرا جوش لیزر برای فلزات نازک مناسب است) به کار می‌روند و از قابلیت تنظیم قدرت و کیفیت بالا برخوردارند.

روش دیسک یا Yb:YAG ایتربیوم

این روش از یک دیسک کریستالی Yb:YAG برای ایجاد لیزر استفاده می‌کند. این روش برای جوشکاری و برش فلزات، پلاستیک و سرامیک‌ها استفاده می‌شود.

روش Nd:YAG (نئودیمیم: ایتریوم-آلومینیوم-گارنت)

این روش از یک لیزر Nd:YAG برای ایجاد پرتو لیزر استفاده می‌کند. این روش نیز برای جوشکاری و برش متریال مختلف از جمله فلزات، پلاستیک و سرامیک‌ها استفاده می‌شود.

بررسی فرایند جوش لیزری آلومینیوم

در فرایند جوشکاری با استفاده از لیزر دیود، مناطق اتصال دو جزء که باید به یکدیگر متصل شوند، به صورت موضعی توسط ورودی گرمای هدفمند ذوب می‌شوند. در ادامه مناطق ذوب شده با یکدیگر مخلوط و به سرعت خنک می‌شوند و پس از انجماد، اتصال به صورت جامد دیده می‌شود.

برای پیشگیری از ایجاد ترک‌های داغ که به دلیل تنش‌های انقباضی در ریزساختار در طول خنک‌ سازی ایجاد می‌شوند و می‌توانند استحکام اتصال را کاهش دهند، از یک سیم پرکننده از سیلیکون آلومینیومی (AlSi) استفاده می‌شود. این روش جوشکاری برای فلز آلومینیوم، علاوه بر ایجاد استحکام بالا، به پس‌پردازش نیز نیازی ندارد.

جوشکاری گرم لیزر چیست؟

در فرایند جوشکاری گرم لیزری، استفاده از جریان الکتریکی برای گرم کردن سیم پرکننده قبل از تبدیل آن به حالت مایع، لیزر را کمک می‌کند تا به صورت ویژه، توان را به محل جوش لیزری آلومینیوم منتقل کند. از مهم‌ترین ویژگی‌های این فرایند می‌توان به کاهش اعوجاج ، افزایش سرعت فرایند و ایجاد جوش‌هایی با کیفیت عالی اشاره کرد.

در جوش لیزری آلومینیوم با استفاده از لیزرهای دایود، مزیت اصلی  ایجاد حوضچه مذاب آرام است که منجر به تولید درزهای جوش یکنواخت، تمیز و صاف می‌شود. این فرایند از آلودگی ناشی از پاشش فلزات پیشگیری کرده و عملکرد یا راندمان بالاتری را نسبت به سایر لیزرهای صنعتی ایجاد می‌کند.

ویژگی‌های جوش لیزری آلومینیوم

تمامی فناوری‌های جوش لیزری آلومینیوم قادر به تولید جوش‌های آلومینیومی با کیفیت بالا هستند، اما انتخاب روش مناسب بستگی به هزینه‌های عملیاتی و کیفیت جوش دارد. هر فرایند جوشکاری دارای ویژگی‌های منحصر به فردی است که می‌تواند برای انواع لیزرها، پیکربندی اتصالات و ترکیب‌های آلیاژ آلومینیوم ترجیح داده شود.

آلیاژهای آلومینیوم به دلیل وزن سبک، رسانایی حرارتی و الکتریکی مناسب و هزینه کمتر، در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند.

به طور کلی جوشکاری لیزری نسبت به روش‌های جوشکاری دیگر مانند TIG و MIG، دارای مزایای بیشماری است که این ویژگی‌ها باعث شده تا جوش لیزری به عنوان گزینه اصلی در انتخاب فرایند جوشکاری تبدیل می‌کند. این مزایا شامل دقت و کیفیت بالا، سرعت و بهره وری بالا، تطبیق پذیری متریال گسترده، منطقه تحت تاثیر حرارت کنترل شده، جوشکاری بدون تماس، قابلیت جوشکاری در مناطق صعب العبور و حداقل اعوجاج می‌باشد.

روش‌های عملیات جوش لیزری آلومینیوم

استفاده از پرتو لیزر می‌تواند به دو صورت، به شکل مجموعه‌ای از پالس‌ها یا به صورت یک پرتو پیوسته باشد؛ همچنین انتخاب روش مناسب برای استفاده از لیزر بر اساس کاربرد، خواص متریال و شرایط محیطی وابسته است. در ادامه به بررسی روش‌های عملیات جوش لیزری آلومینیوم می‌پردازیم:

جوشکاری لیزری موج پیوسته

در روش جوش لیزری موج پیوسته، یک پرتو ثابت از نور لیزر به قطعه کار اعمال می‌شود و سپس به طرف زیر پرتو منتقل می‌شود. این روش جوشکاری بیشتر برای جوش‌های با نفوذ ، عمیق و جوشکاری سوراخ استفاده می‌شود. متریال روی لبه جلویی پرتو لیزر با سرد شدن لبه انتهایی ذوب می‌شوند و لیزرهای موج پیوسته با سرعتی تا 100 اینچ در دقیقه برای پیشگیری از گرمایش تغذیه می‌شوند.

در این روش جوشکاری، به دلیل اعمال گرما با سرعت ثابت و عدم قرار گرفتن قطعه در معرض گرمایش و سرمایش مداوم، ممکن است برای برخی آلیاژهای آلومینیوم حساس تر به ترک، مناسب باشد.

جوشکاری لیزری پالسی

در فرایند جوشکاری لیزر پالسی، پرتو لیزر با سرعت بسیار بالا روشن و خاموش شده و نیرو یا توان به صورت مجموعه‌ای از انفجارهای جداگانه به قطعه کار اعمال می‌شود. هر پالس باعث ذوب شدن یک ناحیه از متریال شده و سپس قطعه کار را جابجا می‌کند و پالس بعدی اعمال می‌شود که منجر به ایجاد جوش‌های همپوشانی و پیوسته می‌شود. (برای مطالعه مقاله جوشکاری پالسی چیست روی لینک کلیک کنید.)

هر ناحیه جوش به سرعت سرد شده که این اتفاق منجر به کاهش گرما در متریال اطراف شده و از ذوب و اعوجاج بیش از حد قطعه جلوگیری می‌کند. لیزر پالسی به دلیل رسانایی حرارتی بالای آلومینیوم، بهترین روش برای جوشکاری لیزری آلومینیوم در شرایطی که ورودی حرارتی کم مورد نیاز است، محسوب می‌شود.

بررسی تاثیر قطر و پرتو لیزر بر عمق جوشکاری ماشینی لیزری

برای مقایسه‌ و بررسی تاثیر قطر و پرتو لیزر بر عمق نفوذ در جوشکاری ماشینی با استفاده از اندازه نقطه لیزر، تابعی از کیفیت پرتو،ارائه شده است. نتایج نشان می‌دهد که با استفاده از پارامتر پرتو با کیفیت بالا، عمق نفوذ بیشتری برای سرعت‌های جوش متفاوت به دست می‌آید.

همچنین، تأثیر روشنایی پرتو لیزر بر عمق نفوذ مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده شده است که افزایش روشنایی منجر به افزایش عمق نفوذ می‌شود تا یک حداکثر مشخص که به نظر می‌رسد، روشنایی بهینه برای حداکثر سازگاری با عمق نفوذ در جوشکاری آلومینیوم باشد. این مطالعه بر روی لیزرهای فایبر خصوصی تمرکز دارد و اشتباهات شایعی که ممکن است در تعریف و استفاده از روشنایی پرتو لیزر اتفاق بیفتد، بررسی شده است.

چرا جوش لیزری آلومینیوم نسبت به دیگر فلزات سخت است؟

روش جوش لیزری آلومینیوم به دلیل ویژگی‌های خاص آلومینیوم نسبت به دیگر روش‌های جوشکاری آلومینیوم از مشکلات و سختی‌های زیادی برخوردار است که در ادامه به آن می‌پردازیم:

لایه اکسیدی موجود روی آلومینیوم کار را برای جوشکاری سخت‌تر می‌کند چرا که برداشتن لایه اکسید به وسیله مکانیکی یا شیمیایی باعث می‌شود تا کثیفی‌ها یا آلاینده‌های ممکن در لایه اکسید از بین بروند. اهمیت دارد که از آبکاری در ناحیه جوش خودداری شود، زیرا این کار در بیشتر مواقع منجر به ترک خوردگی جوش می‌شود. جوشکاری قوس الکتریکی چیست؟

انتخاب متریال مناسب برای پیشگیری از فرار عناصر آلیاژی که ممکن است باعث تخلخل و ترک شدن بیش از حد شوند، بسیار ضروری است. متریال خوب برای استفاده شامل آلیاژهای 1050، 4047، 6061 و … است.

آلومینیوم نسبت به لیزرهای Nd:YAG و فیبر با طول موج 1064 یا 1070 نانومتر، دارای معکوس‌کنندگی بالا‌تری بوده است؛ این موضوع به این معنی است که فلز آلومینیوم نیاز به چگالی توان بالا برای غلبه بر این انعکاس و تولید گرما برای قطعه دارد.

جایگاه جوش لیزری آلومینیوم در صنعت خودروسازی

در فرایند جوش لیزری آلومینیوم، برای قطعات پیچیده بدنه نظیر درهای خودرو که نیاز به ظاهر بصری مناسب دارند، استفاده از لیزر دایود با پیکربندی نقطه در نقطه می‌تواند منجر به ایجاد درزهای جوش صاف و همگن بدون منافذ و پاشش شود. این فرایند از سیم جوش اضافی نیز می‌تواند بدون نیاز به هزینه‌های اضافی در تولید استفاده شود.

در تولید وسایل نقلیه الکتریکی، باتری‌ها معمولا در جعبه‌های آلومینیومی قرار می‌گیرند و اتصالاتی برای اجزای جعبه باتری لازم است. انتخاب روش‌های مناسب جوشکاری برای آلومینیوم، از جمله جوشکاری لیزری، می‌تواند چالش‌هایی از قبیل زمان تولید، اعوجاج و ترک‌های پس از جوش را کاهش دهد و به تولید ایمن و محصولات با کیفیت کمک کند.

معرفی دستگاه‌های جوش لیزری آلومینیوم

یکی از بهترین دستگاه‌های برای جوش لیزری آلومینیوم، دستگاه جوش لیزری فایبر است. این دستگاه با توجه به تکنولوژی لیزر فایبر ساخته شده است. برای جوشکاری متریال‌های مختلف فلزی مثل آلومینیوم، برنز، آهن، استیل، برنج، نیکل، تیتانیوم، کروم و سایر فلزات یا آلیاژها کاربرد دارد. (برای مطالعه مقاله دستگاه جوش لیزری آهن چیست و جوش لیزری استیل و جوشکاری برنز روی لینک کلیک کنید.)

دستگاه جوش لیزری فایبر قابلیت‌های زیادی مثل جوشکاری دقیق و بدون نقص، برش فلزات مختلف، تمیز کنندگی و … دارد. سورس لیزر فایبر این دستگاه توانایی تولید جوش پرشتاب، عمیق، با سرعت بالا و باکیفیت دارد و می‌تواند با تمرکز بالا در یک نقطه جوشکاری، جوش یکنواخت و بدون ساییدگی را ارائه دهد.

سرعت این دستگاه چند برابر روش‌های جوشکاری سنتی بوده و از این جهت در صنایع مختلف مثل ساخت تجهیزات پزشکی، تجهیزات ارتباطی، صنایع هوافضا، ساخت هدایا و صنایع ‌دستی، ساخت تجهیزاتی مثل ماشین‌آلات، باتری و آسانسور، تولید لوازم‌ خانگی، ابزارآلات، چرخ‌ دنده‌ها، کشتی‌سازی و سایر بخش‌ها کاربرد دارد.

جمع بندی موضوع جوش لیزری آلومینیوم

جوش لیزری آلومینیوم یک فرایند جوشکاری پیشرفته است که با استفاده از لیزر، به صورت دقیق و دقیق، قطعات آلومینیوم را به هم می‌چسباند. در این فرایند، از لیزرهای دایود برای جوشکاری آلومینیوم استفاده می‌شود که باعث ایجاد درزهای جوش صاف، یکنواخت و بدون منافذ می‌شود. این فرایند مزایایی از قبیل حوضچه مذاب آرام، کاهش اعوجاج، جلوگیری از آلودگی ناشی از پاشش فلزات و راندمان بالایی دارد.

روش جوش لیزری آلومینیوم به عنوان یک روش پیشرفته و دقیق در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد و با استفاده از تکنولوژی لیزر، امکان ایجاد درزهای جوش با کیفیت و دقت بالا فراهم می‌آید.

اگر به دنبال جوشکاری دقیق و باکیفیت آلومینیوم هستید و می‌خواهید از قیمت دستگاه جوش لیزر فایبر مطلع شوید، همین حالا با کارشناسان روتک تماس بگیرید. تیم ما آماده است تا به‌صورت تخصصی شما را در انتخاب دستگاه مناسب راهنمایی کند. برای دریافت مشاوره رایگان و استعلام قیمت، با شماره 02148000090 تماس بگیرید.